金谷煤業(yè)近距煤層上行開采覆巖破壞規(guī)律研究

李錄標

（冀中能源邢礦集團山西古縣金谷煤業(yè)有限公司，山西 臨汾042400）

1 實驗模型模擬研究

1.1 模型建立

在建立模型時，選用一個5m的平面模型架。利用這種模型模擬的是11#煤的工作面走向開采的情況，根據(jù)具體的實驗要求，并附加可參照的參數(shù)比，如幾何相似系數(shù)、時間相似參數(shù)、容重相似系數(shù)以及泊松比相似系數(shù)[1]。

在建立模型時，模擬的是金谷煤礦11#煤層的厚度，盡可能地符合當時的實際情況，這一煤層的厚度為2m，通過建立這種模型，能夠在一定程度上直觀地反映出其原來的工作面所出現(xiàn)的礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律。

1.2 覆巖破壞規(guī)律分析

實驗在距模型右邊界50m（原型值）處開挖，為方便理解，以下數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換成原型數(shù)據(jù)，當工作面推進到24m時，直接頂冒落，并隨著工作面的推進直接頂隨采隨冒。當工作面推進到42m時，有2m基本頂巖層發(fā)生離層。隨著工作面的推進，離層逐漸向上發(fā)展，工作面推進到70m時，基本頂垮落達到距煤層頂面l0m處，這時基本頂初次來壓，來壓步距在70m左右。工作面推進到24m直接頂冒落，工作面推進到70m工作面基本頂初次來壓。

工作面推進到80m的過程中發(fā)生了第二次周期來壓，這兩次來壓基本頂在架后垮落，巖層垮落高度增加到18m，上覆巖層的破壞開始進入裂隙帶，架后巖層與支架形成搭接，采空區(qū)未充填高度在lm左右。此時，破斷巖層與母體巖層之間逐漸形成鉸接結構，盡管實驗中冒落帶和裂隙帶的界限不是十分明顯，但可以認為此時這層破斷巖層己開始進入裂隙帶，巖層的冒落帶高度為8.7m，冒落帶的高度是采高的3倍左右[2]。

在整個工作面推進到90m時，基本頂巖層又再次發(fā)生了垮落的情況。覆巖的破斷高度也增加到了15.5m。上覆巖層全面進入裂隙帶。

在工作面推進到110m時，斷裂巖層的高度又加深了2.5m，已經(jīng)達到了18m。覆巖開始進入彎曲下沉的狀態(tài)。在裂隙帶上部垂直裂隙基本閉合，水平裂隙未充填高度有1.2m左右，如圖1所示。裂隙帶的高度是采高的10倍左右，此時，采空區(qū)上方的裂隙帶和彎曲下沉帶分布圖，如圖2所示。

圖1 冒落帶、裂隙帶分布示意圖

圖2 冒落帶、裂隙帶及彎曲帶示意圖

通過工作面工作的逐步進行和開展，發(fā)現(xiàn)10#煤之上的部分層面發(fā)生了下沉。其中主要是巖層和土層的變化，呈完全下沉狀。在巖層彎曲下沉的期間，10#煤和其頂板、底板也都發(fā)生了裂隙，且是縱向裂隙。但實際上，裂隙在工作面后方都是慢慢壓實的情況。

2 工程情況的介紹

山西古縣金谷煤業(yè)有限公司井田，位置在山西省古縣古陽鎮(zhèn)白素澤泉村。井田面積約為8.5062km2，設計產(chǎn)能0.60Mt/a，可采煤層2#、9#、10#、11#煤，其中，2#煤為肥煤，9#、10#、11#煤為焦煤。設計能利用儲量3285.9萬t。可采儲量2553.92萬t，服務年限30.4a。

通過金谷礦的可采煤層的一些分部情況，不難推斷出一些結論：全礦范圍內(nèi)2#、9#、10#均為大部或局部可采，并有蹬空開采的隱患。同時，2#煤層的地質(zhì)儲量相對較少，僅開采2#煤層難以保證礦井的均衡生產(chǎn)。

10#煤層頂板為K2中厚層狀石灰?guī)r，致密堅硬，不易垮落，為較硬巖，穩(wěn)固性好。其單向抗壓強度為28.5～34.7MPa，抗拉強度為1.88～2.23MPa，抗剪強度為2.67～2.94MPa。偽頂0.15～0.61m，巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖。顯然，首先對9#、10#煤層進行開采，則堅硬頂板條件下采場礦壓顯現(xiàn)程度劇烈，且淺埋煤層上覆巖層在溝谷地帶由于沖積層薄，上覆巖層難以形成“三帶”，具有很大安全隱患。

3 結論

相似材料模擬實驗研究表明，11#煤出現(xiàn)了正常的“三帶”分布，覆巖冒落帶高度為8.7m，其高度是采高的3倍；裂隙帶高度18m，是采高的10倍。10#煤處在11#煤上方的彎曲下沉帶內(nèi)。這部分受采動的影響并不是很大，或者可以說非常的小，所以它可以正常地進行開采工作。